Детектор утечки газа на Arduino

Детектор утечки газа на Arduino Анемометр

Описание программы

В программе мы использовали функцию считывания цифрового вывода, чтобы прочитать показания модуля датчика LPG газа, а затем действовали в соответствии с полученными данными.

Для проверки проекта мы использовали зажигалку со сжиженным газом.

А у нас в квартире газ! а у вас?

На самом деле газ является одним из самых удобных в использовании вещей. Профессиональные повара предпочитают готовить именно на газовых плитах. Это быстро, удобно, экономичнее, а мясо и хорошие стейки, пожалуй, можно приготовить только на огне. Газ обогревает миллионы людей, а современное газовое оборудование является надежным и безопасным при условии, что вы внимательно следите и правильно его эксплуатируете.

Этот простенький рисунок показывает общий принцип действия прибора, конструкция же на самом деле достаточно не простая. Что обязательно в каждом такой устройстве — контроль расхода газа и горения пламени. Для его контроля используют инфракрасные датчики, а при малейших перебоях в подаче газа автоматика надежно отключает устройство. Газовое оборудование обязано быть установлено только специалистами газовой службы и его необходимо регулярно проверять.

При всей надежности оборудования нельзя исключать вероятности утечек газа. Для контроля таких утечек в газ добавляют специальные пахучие вещества — одоранты. Их задача — создание пахучести, что необходимо для установления утечек газа главным образом в бытовом потреблении.

Для придания газу необходимого уровня запаха установлены нормы внесения одорантов по этилмеркаптану не менее 16 г/100 м3 газа. Это чрезвычайно токсичные и летучие вещества с омерзительным запахом. Именно этот запах человек расценивает как утечку газа, при этом сам природный газ не имеет цвета и запаха.

Видео

Оригинал статьи:

Датчик утечки газа

Датчик утечки газа

Датчик утечки газа

В данной статье представлен датчик утечки газа на микроконтроллере ATtiny13, а в качестве сенсора газа применён MQ-4 фирмы HANWEI ELETRONICS. Это полупроводниковый датчик газа, с вполне привлекательными характеристиками:

 Напряжение нагревателя: 5 В, ±0.1 В пост./перем. тока Рабочее напряжение: 3…15 В пост. тока Время отклика: менее 10 с Потребляемая мощность: 750-800 мВт Относительная чувствительность: ≤0.6 Сопротивление нагревателя: 33 Ом Диапазон рабочих температур: -10…50°С Принцип работы датчика обнаружения газа основан на свойстве изменения проводимости тонкопленочного слоя диоксида олова SnO2 при контакте его с определяемым газом. Чувствительность к разного рода газам достигается путем легирования различных присадок в чувствительный слой датчика. Сам чувствительный элемент датчика состоит из керамической микротубы с покрытием Al2O3 и нанесенного на нее чувствительного слоя диоксида олова. Внутри тубы проходит нагревательный элемент, который нагревает чувствительный слой до температуры при которой он начинает реагировать на определяемый газ. При попадании газа в датчик происходит абсорбция газа и в следствие чего сопротивление датчика падает.

 Алгоритм работы. После включения питания моргает светодиод в течение двух минут. Эти две минуты датчику нужны что бы он нагрелся и начал корректно работать. После этих двух минут встроенный в контроллер компаратор сравнивает напряжение на прямом и инверсном входах и если напряжение на прямом входе ниже напряжения на инверсном (напряжение с датчика) то микроконтроллер переходит в режим ожидания. При этом загорается светодиод и включается реле, тем самым сигнализируя о работе датчика. Если концентрация газа в помещении увеличивается, то уменьшается сопротивление датчика, как следствие уменьшается напряжение на инверсном входе компаратора и когда напряжение на прямом входе превысит напряжение на инверсном микроконтроллер выходит из режима ожидания, при этом начинает мигать светодиод и размыкаются выходные контакты. В таком состоянии датчик пробудет ещё две минуты. По истечении двух минут, если концентрация газа уменьшилась, то датчик опять перейдёт в режим ожидания. В противном случае датчик будет проверять концентрацию газа каждые две минуты и если она вернётся в заданные пределы датчик перейдёт в режим ожидания.

 Схема датчика приведена на рисунке 1.

Датчик утечки газа

Ток потребления датчика в целом, в режиме ожидания составляет примерно 160 мА, что много для обычных линейных преобразователей типа 7805, так как им пришлось бы рассеивать мощность P=I*U=0,16*(12-5)=1,12W, а при такой мощности нужно было бы ставить радиатор, что увеличило бы размер платы. По этому применён импульсный стабилизатор на 5 В, на основе микросхемы MC34063A.

Про анемометры:  Как работает газовый котел на сжиженном газе, какой выбрать

 При сборке платы нужно впаять все детали, кроме сенсора газа MQ-4 и МК ATtiny13. После этого нужно переменным резистором R4 настроить напряжение так, что бы после дросселя L1 оно было равно 5В. После чего нужно впаять сенсор газа и, если нужно, заново выставить напряжение после дросселя равным 5 В. Теперь можно подать на датчик 12В (без подключённого МК) и подождав 2 минуты выставить переменным резистором R11 напряжение на 5 ножке МК, на пару десятком милливольт меньшим, чем на ножке 6 МК. Сам МК лучше не впаивать, а вставить в колодку, так как внутрисхемного программирования не предусмотрено. После нужно прошить МК и вставить в колодку. Для прошивания МК применялся USB программатор микроконтроллеров AVR / 89S совместимый с AVR910. Если всё сделать правильно, то схема сразу начнёт работать.

 Фото готового устройства:

Датчик утечки газа

К деталям особых требований нет, разве что советую брать переменные резисторы многооборотные в герметичном корпусе, как на фото (синие). Сенсор газа можно брать практически любой, в том числе и из серии MQ-x. Главное что бы он улавливал нужные газы.

 Благодаря применению в схеме микроконтроллера устройство можно модернизировать под свои нужды, без значительных изменений схемы. Программа для микроконтроллера ATtiny13 написана на языке C, в компиляторе CodeVisionAVR C Compiler V2.03.4 . Алгоритм не такой уж и сложный, по этому думаю разберётесь. При прошивке МК нужно прошить фьюзы вот так: CKSEL0.,1 = 10 , SUT0.,1 = 01, WDTON = 0. Файл печатной платы тоже прилагается, формат Sprint-Layout 5.0.

 Печатная плата Скачать

Контролируем утечки

Утечка газа может случиться по разным причинам, но в большинстве случаев это происходит из-за халатности человека. Сбежало молоко, убавили газ на плите и он потух, часто с газом балуются маленькие дети. Могут быть скачки магистрального давления в газовой трубе из-за перемерзания газовых труб в сильные морозы, так как в них может скапливаться конденсат.

мне попалось на изучение.

Девайс внешне сделан из хорошего пластика, нанесена шелкография, однако все надписи на английском языке. Сделано, конечно, в любимом Китае. Устройство подключается непосредственно в розетку и не требует батареек. Потребление мизерное (думаю несколько ватт), поэтому намотать много электроэнергии оно не в состоянии.

Толково продуман дизайн с точки зрения газовой кюветы. Устройство имеет специальные вырезы, чтобы воздух проникал свободнее. Однако, для установки устройства лучше воспользоваться коротким удлинителем и спозиционировать его так, как сказано в инструкции — для природного магистрального газа ближе к потолку (метан легче воздуха), а если вы используете сжиженный газ или пропановые баллоны — к полу, так как этот газ тяжелее воздуха и стелется низом.

При включении устройство издает короткий сигнал и начинает калиброваться. Этот процесс занимает несколько минут. В это время ничего не происходит и только мигает прочерк на цифровом индикаторе. Когда устройство откалибровалось, на экране появляется ноль.

Калибровка важный момент и то, что она есть очень хорошо. Так как используется интегральный датчик, то устройство за ноль принимает уровень газового состояния в момент калибровки, что снижает вероятность ложных срабатываний. Это удобно, к примеру, на кухне, когда в любом случае при поджоге газа имеется кратковременная его утечка и откалибровать устройство лучше при всех включенных конфорках и духовке и через несколько минут включить датчик утечек газа для калибровки, чтобы устройство поняло «рабочий» уровень состава воздуха и не пикало, когда не нужно.

Устройство было испытано в боевых условиях в моей биогазовой лаборатории, о которой я рассказывал в своем посте «Биогаз из биомасс» и дома у Матушки, у которой газ всю жизнь. Кстати, подобные датчики очень полезны именно в старых домах, где установлено доисторическое газовое оборудование.

Модуль датчика lpg газа

Данный модуль содержит датчик MQ3, который и обнаруживает LPG газ, компаратор (LM393) для сравнения выходного напряжения MQ3 с опорным напряжением. Когда LPG газ обнаружен, он выдает напряжение высокого логического уровня. Потенциометр используется для регулировки чувствительности обнаружения газа.

Про анемометры:  Анемометры электронные в Алматы. Сравнить цены и поставщиков промышленных товаров на маркетплейсе Satu.kz
Модуль датчика LPG газа
Модуль датчика LPG газа

Не спортивное использование. 18

Такое использование случилось благодаря дню рождения одного из сотрудников, которое мы решили слегка отметить в узком кругу. Собрались в небольшой переговорной комнате к концу рабочего дня. Компания из четырех человек выпивала коньяк. Примерно через час в помещении, где в этот момент уже было прилично выпито спиртного, начали раздаваться сигналы устройства, которое было включено в розетку.

Это взбодрило присутствующих. Однако, любое приближение выпившего человека с желанием подуть на девайс мгновенно вызывало сирену и бурный смех. Таким образом, из устройства можно сделать и алкотестер. Это неудивительно. Датчики серии MQ в бОльшей или меньшей степени чувствительны к разным газам. Это хорошо иллюстрирует график чувствительности датчиков для различных газов.

Позже было выяснено, что 50 грамм крепкого спиртного (коньяка) в течение 3-4 часов вызывает сирену при выдохе в течение 5 секунд на датчик устройства.

Теперь о курении. Так как в табачном дыму уже запредельная концентрация СО, устройство мгновенно реагирует на табачный дым. Поэтому в курилке буквально через минуту включается сирена. Также был проведен эксперимент с курящими и некурящими сотрудниками. Продувка через трубочку 10 секунд.

Эталоном некурящего человека была выбрана замечательная девушка с красивым именем Люсьена, которой не удавалось выдуть более 2 единиц на устройстве. Курильщик выдувает 8-9 единиц. Буквально драконий выхлоп.

Сборка и тестирование

Схема печатной платы детектора утечки сжиженного нефтяного газа показана на рис. 3, а расположение компонентов — на рис. 4.

Рис-3
Рис. 3: Печатная плата детектора LPG

Загрузите PDF-файлы для печатных плат и компонентов: нажмите здесь

После сборки контура на печатной плате заключите его в коробку с отверстием для входа газа. Установите устройство рядом с баллоном для СНГ или газовой плитой на расстоянии одного метра. Измените предустановку VR1, чтобы настроить чувствительность датчика.

Убедитесь, что напряжения соответствуют таблице контрольных точек, прежде чем использовать схему. Теперь распылите газ из баллона (как показано на левой стороне прототипа автора) в сторону датчика газа MQ-6 и измерьте напряжение на TP3; это должно быть высоко.

Если у вас нет баллона с газом, поместите детектор утечки сжиженного нефтяного газа рядом с горелкой газовой плиты и включите его на несколько секунд, не зажигая. Затем выключите горелку и отрегулируйте VR1 до звукового сигнала.

Схема и работа детектора утечки снг

Принципиальная схема недорогого детектора LPG показана на рис. 2. Он построен на понижающем трансформаторе X1, двух выпрямительных диодах 1N4007 (D1 и D2), конденсаторе 1000 мкФ (C1), стабилизаторе напряжения 7805 (IC1), Датчик газа LPG MQ-6 (GS1), двойной компаратор LM393 (IC2)

Питание от сети снижается с помощью трансформатора X1, выпрямленного двухполупериодным выпрямителем, содержащим диоды D1 и D2, отфильтрованного конденсатором C1 и поданного на регулятор 7805 (IC1) для поддержания постоянного выхода 5 В постоянного тока, который подается на схему.

В основе схемы лежит двойной компаратор IC LM393 (IC2). Он используется для сравнения двух различных напряжений, а именно, опорное напряжение и MQ-6 выходное напряжение датчика газа.

Опорное напряжение на неинвертирующий вывод 3 IC2 устанавливается с помощью ползунка VR1 для регулировки уровня напряжения в зависимости от требований чувствительности. Выходное напряжение датчика LPG (MQ-6) подается на инвертирующий вывод 2 IC2.

Если опорное напряжение (контакт 3 IC2) меньше, чем датчик напряжения (контакт 2 IC2), выход переходит на низкий уровень, что означает, что нет утечки сжиженного нефтяного газа. При низкой выходной мощности T1 остается отключенным, и ток не проходит через зуммер; он не звучит и остается в режиме тишины.

Если опорное напряжение больше, чем напряжение датчика, выход переходит на высокий уровень, что означает, что утечка сжиженного газа. Высокий выходной сигнал включает транзистор T1, и зуммер громко звонит, чтобы предупредить окружающих.

Очень легко обнаружить утечки газа с помощью этой схемы, в которой используются недорогие компоненты и интерактивный способ регулировки различных уровней чувствительности в зависимости от потребностей клиента с помощью расходомера VR1.

Шаг 1. комплектующие и инструменты

В целом стоимость проекта будет варьироваться в зависимости от качества деталей, которые вы хотите использовать. Но, к счастью, большинство комплектующих могут быть легко использованы для других проектов.

Первое, что вам нужно сделать, это собрать необходимые детали для нашего детектора газа Ардуино. Обычно, первым делом мы подбираем нужную электронику.

Про анемометры:  Газовые котлы Navien (Навьен): обзор, опыт эксплуатации напольных и настенных, одноконтурных и двухконтурных моделей, наиболее частые неисправности, цены и отзывы

Инструменты:

  1. пистолет для горячего клея
  2. острый нож
  3. металлическая линейка
  4. некоторые инструменты рисования (в зависимости от ваших личных предпочтений)

Комплектующие:

  1. Arduino Nano
  2. USB-кабель
  3. Датчик газа MQ-4
    Детектор утечки газа на Arduino
  4. Дисплей (семисегментный индикатор)
    Детектор утечки газа на Arduino
  5. Картон или другой материал для корпуса (вы можете использовать прилагаемый чертеж и распечатать его на толстой бумаге) или заказать трехмерный

Шаг 2. делаем корпус

Самый простой вариант сделать корпус – использовать картон. Можно воспользоваться рисунком ниже для создания корпуса.

Шаг 3. монтаж деталей детектора газа

На этом шаге добавляем детали в корпус детектора газа. На рисунках показано, как монтировать детали с помощью пистолета для горячего клея.

Как можно заметить были использованы небольшие кусочки картона, склеенные для прокладок и монтажных опор. Это особенно важно, если вы хотите, чтобы кнопка сброса на ардуине работала правильно. Обязательно надежно закрепляйте детали на месте, но все равно держите электронные контакты и кнопки чистыми.

Шаг 4. подключение

Как только у вас появятся все детали, вы можете их подключить. Подключите ардуино к датчику и дисплею в соответствии с приведенными ниже фото.

Подключение датчика (сенсора)

Подключение дисплея

Подключение делаем следующим образом:

7-сегментный дисплейАрдуино цифр. выходы
a2
b3
c4
d6
e7
f9
g8
DP5

Шаг 5. загрузка кода

Ардуино детектор газа нужно запрограммировать, это очень легко сделать. Мы используем программное обеспечение, представленное на официальном сайте Ардуино – www.arduino.cc.

Возьмите код или файл ниже и загрузите его в arduino.

int sensorValue;
int num;


      void setup()
      {
          pinMode(2, OUTPUT);
          pinMode(3, OUTPUT);
          pinMode(4, OUTPUT);
          pinMode(5, OUTPUT);
          pinMode(6, OUTPUT);
          pinMode(7, OUTPUT);
          pinMode(8, OUTPUT);
          pinMode(9, OUTPUT);
          Serial.begin(9600);      // sets the serial port to 9600
       }


      void loop()
      {
        sensorValue = analogRead(0);       // read analog input pin 0
        
              if (sensorValue < 400)      // if there is little or no gas detected display blinking lights
              {
                
                  digitalWrite(2, LOW);
                  digitalWrite(3, LOW);
                  digitalWrite(4, LOW);
                  digitalWrite(6, LOW);
                  digitalWrite(7, LOW);
                  digitalWrite(8, LOW);
                  digitalWrite(9, LOW);
                
              digitalWrite(3, LOW);
              digitalWrite(8, HIGH);
              delay(500);
              digitalWrite(8, LOW);
              digitalWrite(6, HIGH);
              delay(500);
              digitalWrite(6, LOW);
              digitalWrite(3, HIGH);
              delay(500);
              }
              else
              {
                  if (sensorValue >= 900)               // the value of the gas measurement between 400 and 900 is displayed (this part refers to the cases below) 
                  {num = 9;}
                  else if (sensorValue >= 800)
                  {num = 8;}
                  else if (sensorValue >= 700)
                  {num = 7;}
                  else if (sensorValue >= 600)
                  {num = 6;}
                  else if (sensorValue >= 500)
                  {num = 5;}
                  else if (sensorValue >= 400)
                  {num = 4;} 
              }
              
              if (sensorValue > 700)                // if there is a lot of gas detected, the dot on the led display will blink
              {
              digitalWrite(5, HIGH);
              delay(100);
              digitalWrite(5, LOW);
              delay(100);
              }  
        
        
                  switch (num)
                  {
                  case 9:
                  digitalWrite(2, LOW);
                  digitalWrite(3, HIGH);
                  digitalWrite(4, HIGH);
                  digitalWrite(6, HIGH);
                  digitalWrite(7, HIGH);
                  digitalWrite(8, HIGH);
                  digitalWrite(9, HIGH);
                  break;
                  case 8:
                  digitalWrite(2, HIGH);
                  digitalWrite(3, HIGH);
                  digitalWrite(4, HIGH);
                  digitalWrite(6, HIGH);
                  digitalWrite(7, HIGH);
                  digitalWrite(8, HIGH);
                  digitalWrite(9, HIGH);
                  break;
                  case 7:
                  digitalWrite(2, LOW);
                  digitalWrite(3, LOW);
                  digitalWrite(4, HIGH);
                  digitalWrite(6, LOW);
                  digitalWrite(7, HIGH);
                  digitalWrite(8, HIGH);
                  digitalWrite(9, HIGH);
                  break;
                  case 6:
                  digitalWrite(2, HIGH);
                  digitalWrite(3, HIGH);
                  digitalWrite(4, HIGH);
                  digitalWrite(6, HIGH);
                  digitalWrite(7, HIGH);
                  digitalWrite(8, HIGH);
                  digitalWrite(9, LOW);
                  break;
                  case 5:
                  digitalWrite(2, LOW);
                  digitalWrite(3, HIGH);
                  digitalWrite(4, HIGH);
                  digitalWrite(6, HIGH);
                  digitalWrite(7, HIGH);
                  digitalWrite(8, HIGH);
                  digitalWrite(9, LOW);
                  break;
                  case 4:
                  digitalWrite(2, LOW);
                  digitalWrite(3, LOW);
                  digitalWrite(4, HIGH);
                  digitalWrite(6, HIGH);
                  digitalWrite(7, HIGH);
                  digitalWrite(8, LOW);
                  digitalWrite(9, HIGH);
                  break;
                  }
        
        
      }

Шаг 6. тестирование

Теперь вы можете проверить свой детектор газа! Финальный вариант работы нашего детектора газа Ардуино можно увидеть на видео ниже:

Измените пороговые значения в коде, если вы не удовлетворены реакцией датчика.

Выводы


Устройство рабочее. Из хорошего — отличный дизайн, надежность. Думаю,

такое устройство, можно сделать оригинальный не шаблонный подарок для того, кто использует газ на кухне или отапливает им дом. Малое потребление энергии. Очень высокая чувствительность. Сирена на всю катушку включается при концентрациях более 0,2% от взрывоопасной.

Есть достаточное количество времени отреагировать на утечку газа. С другой стороны — слабая селективность. Устройство может давать ложные срабатывания. Также необходимо внимательно отнестись к месту установки. Конечно, хотелось бы иметь беспроводной протокол передачи данных с устройства, было бы куда интересней. Ну а в целом девайс, безусловно, полезный.

А вы не забыли, уходя из дома, выключить газ?

Всем хорошего дня!

P.S. — А утюг?

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий

Adblock
detector